風(fēng)言風(fēng)語之五——參數(shù)解讀-測試范圍

近日氣象預(yù)警，本月12、13日兩天將有數(shù)十年不遇的颶風(fēng)侵襲，將會大面積影響大家周末出行，無奈只能留家避風(fēng)。值此閑暇之余，我們繼續(xù)風(fēng)的話題。本文開始，我們開啟關(guān)于風(fēng)速傳感器的另一個重要板塊的探討——有關(guān)風(fēng)速傳感器技術(shù)參數(shù)的解讀。

關(guān)于熱式風(fēng)速傳感器的技術(shù)參數(shù)

     熱式風(fēng)速傳感器相關(guān)技術(shù)參數(shù)較多，有“測試范圍”、“測試精度”、“分辨率”、“供電電壓”、“通信方式”、“防護等級”、“年衰減度”、“使用壽命”等等……。技術(shù)參數(shù)是評價傳感器性能的重要依據(jù)，也是用戶選擇風(fēng)速傳感器的主要參考。同時，技術(shù)參數(shù)更是決定傳感器價格的主要因素之一！那么這么多的參數(shù)，要想在選擇和使用風(fēng)速傳感器中做到客觀理性、識詐避坑，確實不是一件易事！

關(guān)于參數(shù)虛標(biāo)

       在當(dāng)前的科學(xué)儀器及傳感器行業(yè)，如眾多其他行業(yè)一樣，早已卷的血雨腥風(fēng)！市場上大量充斥著價格超低、指標(biāo)超 “高”、宣傳超“?！钡漠a(chǎn)品，實則是給用戶預(yù)埋了很多坑，讓人防不勝防。正是部分商家肆無忌憚的虛假宣傳、參數(shù)肆意虛標(biāo)的行為，不僅給廣大用戶帶來了極大的困擾和利益損害，也極大地損害了本土傳感器行業(yè)的信譽和形象。而與此同時，對于大多數(shù)用戶而言，由于缺乏相關(guān)知識，且基本都不具備驗證產(chǎn)品指標(biāo)真實性的條件，所以也就總是不斷的避阱入坑、頻頻中招。

       虛假宣傳、參數(shù)虛標(biāo)，已然成為了科學(xué)儀器行業(yè)難以去除的 “牛皮癬”。面對相對混亂的市場環(huán)境，要求人人都練就一雙 “火眼金睛”，去準(zhǔn)確甄別產(chǎn)品的優(yōu)劣顯然不現(xiàn)實。但對基礎(chǔ)的技術(shù)參數(shù)的概念、背景知識的了解是必要的。建通科技作為超20年自主研發(fā)儀器傳感器科技企業(yè)，亦深受無序競爭、惡意侵權(quán)之害久矣！這里，和大家一起逐個解剖各項重要指標(biāo)參數(shù)，深入探討一下各參數(shù)的特征特點。望能為大家在后續(xù)的風(fēng)速傳感器選用當(dāng)中有所幫助，為能夠正確選型、防詐避坑提供一些有價值的參考信息！今天我們就先從最主要指標(biāo)之一——“測試范圍”說起！

測試范圍

      風(fēng)速傳感器的測試范圍不難理解，即指傳感器可測試風(fēng)速上下限之間的整個區(qū)間。顧名思義測試范圍的下限是指傳感器能夠可靠檢測到的較低風(fēng)速；上限則是指在不損壞傳感器且能保證測量精度在規(guī)定范圍內(nèi)的最高風(fēng)速。比如，一款熱式風(fēng)速傳感器的測量范圍是 0.05～10m/s，意味著它能準(zhǔn)確測量不低于 0.05m/s 且不高于 10m/s 的風(fēng)速。

      對于熱式風(fēng)速傳感器，其測試范圍的大小，是由其測試原理決定的。熱式風(fēng)速是基于熱傳遞原理工作的，當(dāng)氣流流過傳感器的發(fā)熱元件時，會帶走熱量，通過測量發(fā)熱元件的溫度變化或熱量損失，從而得出風(fēng)速。由以上原理可以看出，寬的測試范圍，往往需要較大的加熱功率、較寬的響應(yīng)特性方可實現(xiàn)。范圍越寬，對探頭和電路的要求也就更高。所以一般來說，測量范圍越寬的熱式風(fēng)速傳感器，其成本也就越高。

     上述可見，確定風(fēng)速傳感器的測試范圍其實就是要確定傳感器可測試的上下限。而講傳感器可測試的上下限值，就又不得不結(jié)合風(fēng)速傳感器研發(fā)生產(chǎn)必要的校準(zhǔn)裝置——風(fēng)洞來一起探討。

風(fēng)洞與測試上下限

       作為風(fēng)速傳感器自主生產(chǎn)廠家，擁有性能穩(wěn)定、技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)洞，是需必要的基礎(chǔ)條件。就如你從某個商家點了個外賣，他連個廚房都沒有，卻聲稱他所供的食物是符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的，能信嗎？但我們知道，當(dāng)前這樣的商家卻不在少數(shù)。所以，是否有專業(yè)的風(fēng)洞裝置以及風(fēng)洞性能是否達標(biāo)，決定了一個風(fēng)速傳感器廠商所供產(chǎn)品能否達到指標(biāo)要求。

我們先了解一下風(fēng)洞與風(fēng)速傳感器可測試下限值關(guān)系：

      因空氣對流的特性，在發(fā)熱的風(fēng)速探頭表面附近的空氣是不會靜止不動的，即不會是絕對的零風(fēng)速。相關(guān)實驗研究證明，在封閉穩(wěn)定不受干擾的實驗室環(huán)境中，常溫下熱式風(fēng)速探頭表面自然對流產(chǎn)生的空氣流速約0.006m/s左右（不同探頭溫度不同，對流值會有所不同）。但在實際中，這樣的環(huán)境是很少的，空氣自身的擾動產(chǎn)生背景噪聲往往都會遠大于0.01m/s，所以準(zhǔn)確測試如此低的風(fēng)速幾乎是不可能的。同時，這么低的風(fēng)速，傳統(tǒng)風(fēng)洞也是無法模擬出來的，只能通過相對運動的逆向型“風(fēng)洞”來實現(xiàn)。即采用傳感器在直線或圓形軌道上按設(shè)定速度運動來實現(xiàn)風(fēng)速模擬，下面了解一下該實驗室的相關(guān)背景。

       為實現(xiàn)更低風(fēng)速的測試，世界各國先后建立了超低風(fēng)速風(fēng)洞。典型的有20世紀(jì)60年代英國NPL研發(fā)了旋臂機校準(zhǔn)風(fēng)速儀；意大利INRIM在地下實驗室建立了微風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)裝置；日本NMIJ利用長105 m的地下隧道建立了相對法的微風(fēng)速計量標(biāo)；近年來我國中國計量科學(xué)研究院在基地深度8．3 m的地下實驗室建也建有83 m直線導(dǎo)軌，該實驗空間有良好的溫度分布，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施搭建了第一套微風(fēng)速校準(zhǔn)風(fēng)洞。由于地下隧道良好的溫場分布，使得微風(fēng)速下風(fēng)速儀的校準(zhǔn)將干擾減少到較低。但國家院的這個實驗室不對外提供校準(zhǔn)服務(wù)，僅用于科研和基準(zhǔn)。

      在實際計量校準(zhǔn)中，目前可通過LDV測試到0.1m/s是經(jīng)過眾多實驗驗證可信度較高的下限值，但由于LDV在測量流速時，必須在流體中散播散射粒子，而散射粒子在低速流動下的跟隨性無法得到有效的量化驗證，因此LDV在測量小于0.1m/s微風(fēng)速時的準(zhǔn)確度水平也會遭到質(zhì)疑。綜合上述內(nèi)容，從計量嚴(yán)謹?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，目前國家計量院及大多數(shù)地方計量機構(gòu)，在民品校準(zhǔn)服務(wù)上，能出具正式測試報告的可測下限值一般不低于0.2m/s。

      所以，一般風(fēng)速傳感器制造廠商，如標(biāo)注下限可測試到低于0.01m/s是不符合熱式風(fēng)速探頭物理特性的；標(biāo)注下限可測試到低于0.05m/s也是可信度較低的，一是目前這樣的基準(zhǔn)無處溯源，二是這樣的風(fēng)速場大部分普通廠商是沒有條件模擬的。建通科技目前可測試下限做到0.05m/s，是基于公司建設(shè)有自己的旋臂風(fēng)洞設(shè)備，該設(shè)備可穩(wěn)定模擬0.05-0.1m/s的風(fēng)速，該微小風(fēng)速段也通過了計量送檢標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器的特性曲線進行的延展計算驗證。此外，建通科技和中國計量科學(xué)研究院長期有良好的合作關(guān)系，在≥0.1m/s的范圍內(nèi)，溯源標(biāo)準(zhǔn)都能保證來自于國家計量院。

       關(guān)于風(fēng)洞和測試上限：對于熱式風(fēng)速傳感器，其散熱功率不僅與風(fēng)速有關(guān)，同時，也極大受環(huán)境溫度的影響。所以，熱式風(fēng)速傳感器的可測試上限，一般不會太高。目前，能見到的熱式風(fēng)速傳感器最高測量風(fēng)速100m/s左右。還有一種用鎢絲特制的熱線風(fēng)速傳感器，因鎢絲在空氣當(dāng)中400攝氏度以上才發(fā)生輕微氧化，所以可以加熱到較高溫度。使得這種熱線式風(fēng)速探頭可達亞音速300m/s。當(dāng)然這類傳感器制造困難，價格也較高，僅適用于科研級，不具有普及性。最常見的熱式風(fēng)速上限一般30m/s左右。目前大多數(shù)計量機構(gòu)，包括國家計量院、中國氣象局、中國建筑科學(xué)研究院等的檢測中心，可提供測試服務(wù)的上限一般都不高于30m/s，也足以證明其普遍性。當(dāng)然，高于40m/s的風(fēng)洞，其功率、綜合性能非普通風(fēng)洞所能滿足，造價也會大幅增加，對于多數(shù)廠家的是一種實力考驗?？傊?，廠商所宣傳風(fēng)速上限可達到多少，前提是其是否具備相應(yīng)規(guī)格的風(fēng)洞設(shè)備，否則就是“鞋上去了腳沒上去”，逗人玩兒！

做個小結(jié)：

     目前風(fēng)速傳感器可測下限在0.1m/s可信度是比較高的，計量機構(gòu)可出具報告的下限則在0.2m/s以上；即多數(shù)計量機構(gòu)和可提供檢測服務(wù)的范圍：0.2-30m/s；在行業(yè)計量所，如航天等單位有的可提供40m/s甚至60m/s的校準(zhǔn)，但嚴(yán)格來講只是具備測試能力溯源是無法溯到國家計量機構(gòu)。

至于選型中如何避坑，似乎也沒有什么偏方，只能下猛藥：